无论是在日常生活,还是在工业生产中,处处离不开颗粒的参与。粒径是表征颗粒最重要的参数之一,常用的测量手段包括消光法、光散射法等光学方法,以及静电低压撞击器、扫描电迁移率粒径谱仪等静电方法,这些方法虽然能够获得颗粒粒径的整体分布情况,但无法直接对颗粒进行观察。显微图像法是在显微镜下对颗粒进行观察和测量,但在工业应用中,显微镜具有以下缺点:1、价格昂贵;2、显微物镜的使用导致景深和视场偏小,而装置整体体积较大,不便携带;3、镜头等暴露的光学器件易受污染,不适合工厂等现场环境下使用;4、清晰成像,有一定操作难度。针对以上测量方法存在的问题,本文提出了以球面波数字全息为基础的无透镜颗粒成像测量方案。球面波光源易于获取,且球面波全息具有一系列重要特性。本文通过数值模拟结合实验的方法:首先研究了球面波全息中,被测物相对位置对分辨率的影响,发现固定光源和传感器平面位置,随着被测物与光源距离减小(或与传感器距离增大),所形成的全息条纹的放大倍数增加,但系统的数值孔径减小,系统总体分辨率呈现先增后减的趋势;对光源相干性对分辨率的影响进行了研究,发现当系统具有较高的放大倍数,即被测物靠近光源(或远离传感器),系统分辨率对光源相干性十分敏感,部分相干光的使用导致全息高频条纹损失,分辨率严重下降;而对于放大倍数近似为1的非预放大式系统,分辨率对光源相干性不甚敏感,系统具有较大的数值孔径,分辨率主要取决于所使用的传感器像素尺寸;进一步对超分辨率全息进行了探索,发现经过超分辨率重建的全息图恢复了原始全息图中丢失的高频成分,试验中利用球面波系统位移关系特性,通过移动光源位置获得具有亚像素位移的原始全息图序列。25帧超分辨率全息图的重建结果,线对分辨率达到了 228.11p/mm。与使用物镜的结果比较,超分辨率重建图像视野明亮,对比度高,视场与使用的CMOS传感器感光面积相同,而使用×20倍物镜的全息图视场只有其1/20。本文在上述研究工作的基础上,利用LED灯珠、CMOS传感器芯片等廉价原材料,开发了便携式全息颗粒测量装置。通过3D打印加工了装置主体,尺寸约为5cm×5cm×7cm。经过标定装置的有效像素尺寸为1.35μm,有效粒径测量范围约为3～3000μm。使用该装置对25μm标准颗粒进行测量,所得平均直径为25.84μm,相对误差为3.36%。开发了配套软件,可以与装置联用,快速获得颗粒的粒径分布信息。装置体积小巧、操作简单,重建后的颗粒图像成像清晰,能够满足基本的颗粒观察和测量需求。